Luận văn thạc sĩ Địa kỹ thuật xây dựng: Phân tích sức chịu tải của cọc và mô phòng thí nghiệm nén tĩnh công trình Bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

LÊ VĂN MUÔN

MO PHONG THÍ NGHIEM NEN TĨNH

CONG TRINH BENH VIEN DA KHOA TINH SOC TRANG

Chuyên ngành: Dia kỹ thuật xây dung

Mã số: 60-58-02-04

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS HOÀNG VIỆT HÙNG

HÀ NOI, NĂM 2017

LỜI CAM ĐOAN

l xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả Các kết quảnghiên cứu và kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bắt kỳ một

nngudn nào và dui bắt kỳ bình thúc nào Việc tham khảo các ngễn tà liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghỉ ngu tả iệu tham khảo đúng quy định

Hà Nội ngày — thắng - năm2017“Tác giả luận van

Lê Văn Muôn

LỜI CẢM ON

Trong suốt quả trình học tập và nghiên cửu tại trưng Đại học Thủy lợi, ác giả đã

nhận được rit nhiều sự hướng dẫn, giáp đỡ quý báu của Quý Thầy, C6, bạn bè và đồng nghiệp, Dén nay tác giả đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp cao học với để tải "Phân

tích sức chịu tải của cục và mô phỏng thí nghiệm nén tĩnh-công trình Bệnh viện.

Da khoa tỉnh Sóc Trăng”

Tarde tiên, với tắt cả sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc nhất, tắc giả muốn gửi lồi cảm ơn chân thành đến PGS.TS Hoàng Việt Hùng, đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ,

chỉ bảo, động vivi tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả tronsuốt quá trình tìmhiểu nghiên cứu và hoàn thành luận văn.

“Tác gid cũng xin chân thành cảm on Ban Giám hiệu Trường Đại học Thủy Lợi, Phòng

đào tạo sau đại học Trường Đại học Thủy Lợi, đặc biệt là là Quý Thầy, Cô trong Bộ

môn Địa kỹ thuật đã hị

điều kiện thuận lợi để tác giá hoàn thành luận văn

lồng truyền đạt những kiến thức quý báu, cũng như tạo mọi

Cuối cùng tác giả xin bay tỏ ông biết ơn chân thành đến những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã động viên giúp đỡ tác giả trong thời gian học ấp và

làm luận văn này.

“Trong khuôn khổ luận văn, do thời gian, trình độ và điều kiện hạn chế nên không tránh khỏi những thié

báu của Quý Thầy, C

y tác giả rất mong nhận được những ý kiến đồng góp quý.

đồng nghiệp

Hà Nội, ngày — tháng - năm2017

"Tác giả luận văn

Lê Văn Muôn.

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VÀ BIÊU ĐÔ.

DANH MỤC BIEU BANG.

2.2 Phương pháp xác định sức chịu tải cọc theo thí nghiệm nén tinh

2.2.1, Cơ sở phương pháp thí nghiệm nén tĩnh

2.2.2 Thiết bj thí nghiệm.

2.2.3 Phuong pháp thí nghiệm

2.2.4, Kết quả thí nghiệm nén tinh cọc.

Xác định sức chịu tải cực hạn và sức chịu tai cho phép theo TCVN

2.2.7, Xác định sic chịu ải cực hạn theo phương pháp Davisson từ đường dn bội

2.2.8, Xác định sức chịu tải cực hạn theo phương pháp De Beer2.29 Sức chịu tải cọc theo thi nghiệm đồng cọc.

HUONG 3 TINH TOÁN MONG COC CÔNG TRÌNH BỆNH VIEN DA KHOA TINH SOC TRĂNG.

3.1 Điều kiện tenhién

3.2 Phân tích thiết kế móng cọc

3.2.1 Xác định sức chịu tải của cọc

3.2.2 Xác định số lượng cọc và tải trọng truyền xuống các cọc.

3.3.1 Giới thiệu về phần mềm dùng trong tính toán.

3.4, So sánh, đánh giá kết quả nén tĩnh và kết quả mô phòng mô hình Kết luận chương 3

KET LUẬN VÀ KIEN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO.

DANH MỤC HÌNH VÀ BIEU DO

Hình 1.1: Móng cọc 5

Hình L2: Sơ đồ các lực cia đất tác động vio coe 7 Hình L3: Biểu đồ xác định gi ti hệ 98.4 " Hình 1.4: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn 14 Hình 1.5: Sơ đỗ chon chi di cọc ngầm vio đất L Is

Hình 1.6: Vũng ảnh hưởng của cọc khi lim việc 2

Hình L1: Một số cách bố tí cọc 23

Hình 1.8: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nên nhiễu lớp 25

Hình 1.9: Xác định móng khối quy ước theo trường hợp nền đồng nhất 26 1.10: Xée định mồng khối quy ước theo trường hợp nm đồng nhất (Có lớp đất

yếu) 26

Hình 1.11: Đường cong nên lún (, 0) 29

Hình 1.12: Tink toán biến dang nén din hi của cọc 31

Hình 1.13: Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng 45° (đáy tháp nén thủng không.phủ lên các cọc) M4

Hình 1.14: Khi mặt bên của tháp nén thủng nghiêng với góc nhỏ hơn 45° (đáy lớn tháp.

xuyên thủng ứng với goác xuyên 45° phủ lên một phan cọc) 35

Hình 1.15; các lực tác dung lên tháp xuyên thúng 36

Hình 1.16: Sơ để cọc tác dụng lực lên di 3

Hình 2.1: Sơ đồ chỉ tết đo tải sinh cọc (A: đối trọng: B: chuyển vị kế đo lúa, 7

Hình 2.2: Các bước gia tải trong thí nghiệm nén tinh cọc 48

Hinh 2.3: Các bước gia tai trong thi nghiệm nén tĩnh cọc 49

Hình 2.4: Đường Q-s và S-logt trong thí nghiệm nén tĩnh cọc SIHình 2.5: Đường v-Q trong thí nghiệm nén tĩnh coc 52

Hình 2.6: Sơ đồ chon sức chu ti cho cọc theo thí nghiệm nén tinh cọc 32 Hình 2.7: Sơ đồ đường quan hệ ti trong - chuyển vi 56 Hình 3.1: Phân bố địa ting công trình Bệnh viện Da khoa tinh Sóc Trăng 61 Hình 3.2: Thể hiện mô phỏng điều kiện biên của bài toán nén tĩnh cọc với tải trọng nén.

000 KN, cọc 40x40em dải 35m của công trình bệnh viện Da khoa tỉnh Sóc Trăng.‘at nén gồm 3 lớp, các chỉ tiêu tinh toán như đã trình bay ở phần tải liệu địa chất 69

Hình 3.3: Thể hiện kết quả mô phỏng lưới chuyển vị của cọc nén tĩnh, ải trọng nền

tỉnh p= 2000 kN (200%), cọc cỏ kích thước O.tx0.4 đãi 35m của công trnh bệnh việna khoa tinh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất li 0,055m (5,5 em) T0

Hình 3.4: Thể hiện kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị của cọc nén

tĩnh, tải trọng nén tĩnh p= 2000 kN (200%), cọc có kích thước 0,4x0,4 dai 35m của.

công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc lớn nhất là 0,055m.

G65 em) 7Hình 3.5: La kết quả lưới mô phỏng chuyển vị cọc nén tinh, tải trọng 2000 KN, coe0,4x0,4 dai 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tỉnh Sóc Trăng Chuyển vị của cọc

lớn nhất là 0,035m Trường hợp tính khi có điều chinh modun biển dạng của đất nền lên gấp đôi giá trị tong tài liệu khảo sát (bảng 3.1) 72 Hình 3.6: Thể hiện kết quả đường đẳng chuyén vị mô phỏng chuyển vị cọc nến tinh ti

trọng 2000 kN, cọc 0,0,4 đồi 3Sm của công trình bệnh viện Đa kos tinh Sóc TrảChuyển vị của cọc lớn nhất là 035m Trường hợp tính kh có điều chỉnh modun biến

dạng của đất nên lên gắp đôi giá tị rong tải liệu khảo sắc 13 Hình 3.7: Là kết quả đường đẳng chuyển vị mô phỏng chuyển vị cọc nén tĩnh tải trọng.

2000 KN, cọc 0.4x0,4 dit 35m của công trình bệnh viện Đa khoa tinh Sốc Trăng

Chuyển vì của cọc lớn nhất là 035m Trường hợp tinh khi có điều chỉnh modun biển dạng của đắt nền lên gắp 25 lẫn giá tì trong tải liệu khảo sắt ?4 Hình 3.8: Kết quả đường đẳng chuyển vị mô phòng chuyển vị cọc nén tĩnh tải trọng

2000 KN, cọc 0,4x0,4 dài 3Sm của công trình bệnh viện Da khoa tỉnh Sóc Trăng.

Chuyển vi của cọc lớn nhất là 0,025m Trường hợp tinh khi cỏ điều chỉnh modon biến dạng của đắt nền lên gắp 3 lần giả tị ong ti liệu Khảo sắt 75

DANH MỤC BIEU BANG

Bảng I.12: Tổng hop số liệu thi nghĩ 40 Bang 3.1: Các chỉ tiéu co lý của các lớp đắt chính ma móng cọc đi qua ) Bảng 3.2: Xác định sức chịu ti của cọc theo đất nén 6

Bang 3.3: Kết quả nén tĩnh cọc công trình Bệnh viện Da khoa tinh Sóc Tring 72

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết cin đề tài

“rong những năm gin diy, tốc độ xây dng cơ sở hạ ting khu vực Sóc Trăng gia tăng nhanh hơn nhiều so với trước đây Với điều kiện thực ế như vậy, đôi hỏi các đơn vi tư vẫn thiết kế, ác đơn vị quản lý xây dụng phải cập nhật thông tin về công nghệ, điều

kiện kỹ thuật, điều kiện địa chất khu vực xây dựng Với đặc điểm cấu trúc nên vùng,

Sóc Trăng phức tạp, chiều dày lớp đất yêu tương đối day vấn dé xử lý nền móng là chic chin phải áp dụng Tuy nhiền giả pháp nền ming thường yêu cầu k thuật cao,

giá thành lớn vì vậy các phân tích, so sánh lựa chọn giải pháp công trình là có ý nghĩa

khoa học và thực tiễn

sức chịu tải của cọc tính toán trên hd “Thực tế, sức chịu tải của cọc lớn hơn nhiều so với

sơ thiết kể Điều này dẫn đến gây làng phí trong thiết kế móng Rất nhiều đề tài đã

nghiên cửu để tìm ra sự chênh lệch về sức chịu tải này Trong phạm vi luận văn, tác,

giả cũng muốn nghiên cứu, đánh giá vn để này cho điều kiện đắt nên cụ thể ti Sóc

Đề tai luận văn: “Phản tích sức chiu tải của cọc và mé phỏng thi nghiệm nén tinh cọc

công trình Bệnh viện Da khoa tinh Sóc Trăng ” nhằm đánh giá mức độ chênh lệch giữa

tinh toán thiết kể và nén tinh cọc tại hiện trường nhằm đưa việc thiết kế công tỉnh gin ‘hon với an toàn va kinh tế tài vì vậy có ý nghĩa khoa học vả thực tiễn.

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài Mặc tiêu đ ti

inh gid được sự sai khác v8 sức chịu tải của cọc trong tinh toán và sức chịu tả của

cọc ngoài thực tế.

Nhiệm vụ đề tài:

Phân tích các phương pháp tinh toán sức chịu tải của cọc, phân tích hỗ sơ thiết kế

mồng cọc công trình bệnh viện Da khoa Sóc Trăng, phân tích các số liệu thí nghiệm.

tiền tình c c tại hiện trường để đánh giá sự sai lệch giữa sức chịu tải tính toán và sứcchịu tải thực tế

Lâm sing tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất và phân chia các dạng mô hình nền tự nhiên

trong khu vực Sóc Trăng.

3 Đối trợng và phạm vi nghiên cấu cũa đề ti

Đổi tượng nghiên cứu của để tải là sức chịu tải của cọc bê tông cốt thép dùng cho

mồng cọc

Phạm vi nghiên cứu: số liệu tỉnh toán thiết kế cọc và số liệu nén tinh cọc trong điều

kiện dit nền khu vực Sóc Trăng Coe áp dụng cho công trình Bệnh viện Da khoa tinh

Sốc Trăng,

4 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập các tai iệu và nghiên cứu lý thuyết: Tiêu chuẳn thiết kế tong và ngoài nước, tải gu, báo cáo khoa học, giá tình hướng dẫn tính toản tiết kế mông nhà cao

Phương pháp tính toán lý thuyết

‘M6 phỏng bài toán phân tích trên mô hình số và đánh giá với số liệu nén tinh.

5 Nội dung nghiên cứu

Phân tích tổng quan về mồng cọc, các loại cọc và móng cọc, các phương pháp tính

toán cọc, Việ tổng hợp này giúp cho đánh giá các hệ số dùng trong mồng cọc,

Phân ích về quy trình, kết quả thí nghiệm nền tỉnh cọc

MG phỏng bài toán nén tĩnh cọc, thay đổi điều chỉnh các thông số mô phỏng cho nén

tĩnh cọc, nhận xét đại lượng ảnh hưởng.

Kết luận, kiến nghị

6 Kết quả đạt được của luận văn

~ Luận văn đã tổng kết được các phương pháp tính toán sức chịu tải của cọc, tử đó thấy được sức chịu tải của cọc phụ thuộc nhiều yê tố Vi vậy dé lựa chọn được công

thức tính và đánh giá được sức chịu tải cọc hợp lý, người thiết kế edn có phân

tải trọng công trình, đặc thi làm việc của công trình và điều kiện đắt nén để lựa chọn

công thức tính cho phù hợp.

nến tinh để thir tải cọc, nhằm

Luận văn đã tổng hợp quy trình thi nghiệ1g hợp, và lý thuyết để có thé thi công cọc hing lot hoặc

đánh giá giá trị tải trọng thực,

điều chinh thiết kế cho phù hợp điều kiện kinh.

- Kết quả mô phông bãi toán sức chịu tải của cọc bằng mô hình toán cho thấy, số liệu đất nền cũng là một yêu tổ ảnh hưởng lớn đến sức chịu tai của cọc Sổ liệu đất nền

xu hướng thấp hơn nhi

trên thực txo với giá trị thực của nó.

quả kiếm tra bài toán tính cọc bằng biểu thức giải tích cho thấy, đơn vị tư vẫn đã

sir dụng hệ số an toàn qu lớn, dẫn đến thiên về an toàn quá nhiễu Sức chịu tải của

1.15 vớicọc được chọn khi dùng sức chịu tải tinh theo điều kiện đắt nền chia hệ

móng có số lượng it hon 5 cọc Tuy nhiên đơn vị thiết ké đã chia cho 2,1 là quá lớn.

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VE MONG CỌC 1.1 Khái niệm mồng cọc

Móng cọc là một trong những loại móng được sử dung rộng rãi nhất hiện nay, gồm cócọc và dai coc, dùng để truyền tải trọng của công trình xuống lớp đất tốt đến tận sỏi đá

nằm ở dưới sâu Người ta có thể đóng, hạ những cây cọc lớn xuống các ting đất sâu,

nhờ dé làm tăng khả năng chịu tai trong lớn cho móng.LLL Các bộ phận mong cọc

Móng cọc gồm 3 bộ phận: cọc, đài cọc và đắt bao quanh cọc,

~ Cạc là bộ phận chính có tác dụng truyền ải trọng công tỉnh lên đất ở mũi cọ và lớp

đất xung quanh.

= Đài cọc có tác dụng là tạo liên kết giữa các cọc thành một khối và phân bố tải trọng

công trình lên các cọc,

- Dit bao quanh cọc được cọc lèn chặt tiếp thu một phần tải trọng công trình và phân

bố đều hơn lên đất đầu mũi coe.1.1.1.1 Phạm vi áp dung

~ Móng cọc có thé coi là biện pháp xử lý sâu, có tác dung truyỄn ti trong từ công tỉnh

tối lap đắt số cường độ lớn ở đầu mũi cọc và xung quanh mồng.

+ Dũng khi ải trọng công trinh tương đối lớn, lớp đất tốt nằm sâu, mực nước ngằm

tương đối cao

- Ding ở những bộ phận chịu tải trong lớn hoặc những chỗ đắt yéu

1.1.1.2 Ue điểm móng cọc

- Tiếp thu tải trong lớn, tiếp kiệm vật liệu xây dựng làm móng, giảm khối lượng đào

đắp đất ân dung lớp đắt nền cũ, hoặc trên nén đất yêu thi giảm độ lớn

1.1.2 Phân loại ming cọc

= Mồng cọc đài cao: là loại móng cọc có dai cọc nằm trên mặt đắt tự nhiên (Công trình

)

Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, dọc, moment thi các cọc trong đài vừa chịunến vừa chịu uốn.

~ Mông cọc đài thấp: là loại móng cọc có dai thường nằm dưới mặt đắt, thuởng gặp.

trong các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp.

Đặc điểm: Dưới tác dụng của lực ngang, đọc, moment thi các cọc trong dai chỉ chịu

nn nếu ta đt chia sâu chôn di hợp lý

| | Kết cấu bên tiên,

3) Ming di thập Đ) Mông di cao

1.1.3 Tinh toán móng cọc

1.1.3.1 Tỉnh toán sức chịu tai coe theo độ bén của vật liệu

Coe làm việc như một thanh chịu nén đúng tâm, lộch tâm hoặc chịu kéo (khi cọc chịunhổ), Với cọc bé tông cốt thép, sức chịu tdi cực hạn của cọc theo vật liệu xác định theovốn dọc Sự uốn đọc được xét như tính cột trong

công thức thanh chịu nén có xét đế

‘qué tình tính toán bê tông [1]

= (RA HRA ay

“Trong đó,

R,- sức chịu kéo hay nén tính toán của cốt thép.

R,- sức chịu nén tính toán của bê tông

«9h s6 xét đến sự ảnh hưởng của uốn dọc phụ thuộc vào độ mảnh và theo thực

nghiệm lấy như sau

@ | 10 |098|096|093| 09 [oar [ost] ost 03) 034, 070 | 065 [060 [oss

“Trong dé: r - bán kính của cọc tròn hoặc cạnh cọc vuông

b - bề rộng của tiết điện chữ nhật

“Chiều dài tinh toán của cọc

Levi a2)

Với: | - chiều dai thực của đoạn cọc khi bắt đầu đóng cọc vào dat dính tir đầu cọc đến. điểm ngim trong đất (coc thường bị gầy khi đang đóng hoặc ép có đoạn cọc tự do trên mặt đất côn nhiều), hoặc | được chon là chiều diy lớp đất yéu có cọc di ngang qua và v là hệ số phụ thuộc liên kết của hai đầu cọc.

=2 khi đầu coe ngim trong đãi và mũi cọc nằm trong đất mm

v= 0,7 khi đầu cọc ngàm trong đài và mũi cọc tựa lên dat cứng hoặc đá.

=5 khi đầu cọc ngâm trong đãi và mũi sọc ngim trong đá

Hoặc xét đến sự hiện diện của đắt bin loãng xung quanh cọc, M Jacobson để nghị ảnh.

hưởng uốn đọc như sau:

ố độ mánh g theo Jacobson

50 70 ss | 105 | 120 | 140

° 1 | 08 | 0588 | oat | oat | 023

với L - chiều đài cọc, r - bán kính hoặc cạnh cọc.

1.1.3.2 Sức chịu tải của cọc theo đất nên

4a/ Site chịu tải của eve theo chỉ tiêu cơ học của đắt nên- Sức chịu tải cực hạn của cọc:

Sức chịu tải cục han của cọc Q, gdm tổng sức chống cắt cực hạn giữa dit và vật liệu

lâm cọc ở mặt bên của cọc Q, và sức chống đỡ cục hạn ở mũi cọc Q, [1].

ES,- hệ số an tin cho mũi cọc I

chịu tải cực hạn do kháng môi

~ Slee chịu tải do ma sát xung quanh cọc Ø, :

Q.=uY0I, as) “Thành phần Q, có thé xác định bằng cách ích phân lực chống cắt dom vi f, của đất trên toàn bộ mặt tiếp xúc của cọc và đất, lực chống cắt này cho bởi biểu thức Coulomb

Trong đó: K, - hệ số áp lực ngang của đất, hệ số này rất khó xác định chính xác Có nhiều khuynh hướng khác nhau trong việc ước lượng giá trị hệ số áp lực ngang.

huynh hướng 12 Xem đắt nỀn như "vật liệu đàn hồi"

Véi hệ số poisson của đất.

Khuynh huréng 2: Hệ số Ks chọn theo áp lực ngang của đắt ở trang thái tĩnh Ko Với sé lượng cọc không nhiễu trong móng cọc và các cọc khoan nhi, đắt nén là loại đắt cổ

kết thường, hệ số áp lực ngang được chọn để tính toán là

`Với cọc đặt trong nền đất cổ kết trước, hệ số áp lực ngang được chọn để tinh toán theo

Jaky có dạng như sau

K,=(1- sing) VØCR q9)

'Với OCR - hệ số cố kết trước.

Khuynh hướng 3: Khi đồng cọc hay p cọc vào nền đắc thể tích cọc chiếm lỗ rỗng của đất và đắt dẫn đạt gin đến trang thi cân bing bị động điều này có nghĩa là hệ số ấp lực dit K, tiến gin đến giá tr hệ số áp lực bi động Ky Bowles đề nghĩ hệ số K, là trung bình cộng của áp lực ở trạng thái tinh K,, he số áp lực đắt ở trạng thái cân bằng

Khi thực tế đo đạt hệ số K, thay đổi theo chiều siu, theo biển dang th tích và độ chất của đất ở xung quanh cọc Ở đầu cọc K, gin bằng hệ số áp lực bị động Ky của

Rankine Ở mũi cọc K, gin bằng hệ số áp lực ngang ở trạng thái tĩnh K,.

“rong thực t nh toán có th lấy theo bảng sau [1]

Tomlinson (1971) đề nghị thêm vào thành phần lực dính một hệ số « trong công thức xúc định lục ma sắt xung quanh giữa cọc và đất như sau [1]

ac, + 64 tang, = de, + Kạơ tang, q10

hệ số „ có thể tham khảo các kết quả nghiên cứu của Tomlinson như sau

Bảng L5: Giá trị [1] (theo Peck, 1974)

Lye chẳng cắt không thoát | Hệ số lực dính œ

Phuong pháp này được Burland đưa ra từ năm 1973, trên các giả thuyết sau:

~ Lực dinh của dt giảm đến 0 trong quá tình đồng cọc do dt bị phá vỡ kết cầu.

~ Ứng suất hữu hiệu của đất tác dụng lên mặt đứng của cọc sau khi áp lực nước lỗ rỗng thăng dư phân tan hết t nhất phải bằng ứng suit này ở rạng thả nh, áp lực nước lỗ rng thang dư xuất hiện do th tích cọc lin chiếm và đốt xung quanh bị nén, nhưng hệ số thắm của đất bé nên cin phải có thời gian dé nước thoát đi.

- Ứng suất chống cắt của đất xung quanh cọc trong quá trình chịu tải chỉ liên quan đến

vùng đất mỏng xung quanh cọc, vùng này tủy thuộc vào hình dạng của cọc và tính thoát nước của đắt ở hai thời điểm đồng cọc va chit ti lên cọc.

Và công thức xác định lực ma sát đất và cọc có dang,

+ Phương pháp Coyle ~ Castillo:

Năm 1981, Coyle - Castillo đưa ra một cách xác định sức chịu tải của cọc trong nền

cất, sau hàng loạt phân tích các kết quả thí nghiệm nén tĩnh và đồng cọc thử tại hiện

Q.=f.A, (115)Ấ, - là lực ma sắt đơn vị giữa đất và cọc được tác giả thiết lập quan hệ thực nghiệm với góc ma sit và ty số z / B, với chiều sâu ztinh đến giữa lớp cát và B là be xông của coe Lưu ÿ ring, phương pháp của Coyle - Castillo không xét đến loại vật liệu

lâm cọc, nh hưởng việc hạ cọc và điều kiện ứng suất ban đầu.

~ ức chịu tải của đắt ở mãi cọc Oy

+ Phương pháp Terzaghi:

Phương pháp cổ điển nhất để óc lượng sức chịu mãi do Terzaghi và Peck đề nghị sử

dụng các công thức bán thực nghiệm, được phát triển trên cơ sở các công thức chịu tải

của móng nông, với sơ đồ trượt của đắt dưới mũi cọc trơng tự như sơ đồ trượt của đất

dưới mồng nông

p= Ape (1.16)

với gp = 1,3eN + 7-Dy Nyt dd N, ain

‘ereaghi dé nghị sir dụng các hệ sổ chia ti N, Nụ N, được tht lip cho mồng nông

tiết diện tron hoặc vuông có dang sau hoặc tra bảng theo gima sắt trong của đất dướimũi96,

as)(1.20)

Trong đó

© lực đính của đắt đưới mũi cọc

ú - hệ số phụ thuộc vào hình dang cọc bằng 0,4 cọc vuông và 0,6 cọc tròn

.d- đường kính cọc tron hoặc cạnh cọc vuông

‘y- trong lượng thé tích của đất ở độ sâu mỗi cọc

“Thông thường th thành phin œ d.N, được bỏ qua do nó quá bể so với hai thành phần

còn lại, việc bô qua này bù vảo trong lượng của cọc không xét vào trong công thứctóc lượng sức chịu ti

Nhiều tie giá đã đưa ra các giá thuyết dạng trượt của đất dưới mũ cọc chỉ phát tiển xung quanh mũi cọc Nhằm mục đích tính toán đúng sức chịu tai của đất dưới day

mồng sâu, với những hiệu chỉnh các hệ số sức chịu tải ảnh hưởng độ sâu va hình dang“của mỏng sâu.

Dù vậy theo các công thức tỉnh toắn sức chịu ti cọc vẫn tang tuyển tính theo ch

“Trong khi đó, trong một lớp đít, thực nghiệ chứng tô rằng súc chịu mũi cia đất & mũi cọc chỉ tăng đến một độ sâu nhất định rồi không đổi nữa kể từ độ sâu tối hạn là Ly hay Z4 Hiện tượng này rõ nhất trong đất cát

Nhiều nghiền cứu về sức chịu ải cọc cũng thấy rằng tinh sức chịu ải của cọ theo thí

nghiệm khảo sát địa chat tại hiện trường cho kết quả gần đúng với thự tế lim việc của‘coe hơn như các thí nghiệm xuyên tĩnh, xuyên động, nén ép ngang.

Cae nghiên cứu thực nghiệm hoạt động của nén cọc, ch thấy khu vục ảnh hướng bởi

lực ma sit của cọc lan rộng din từ trên mặt đắt đến chiều sâu tới bạn Z, và kếo dai xuống mũi cọc Ở mũi cọc phạm vi ảnh hưởng ngang khoảng bằng ba lin đường kính cca cọc và phạm vi nền của mũi cọc khoảng 2D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc “Theo De Beer, mặt trượt của đất nén quanh khu vục mũi cọc cổ hình dạng và phạm vĩ

cảnh hưởng được tính theo công thức sau.

Hình 1.4: Nền đất xung quanh cọc ở giai đoạn chịu tải cực hạn

Theo phương pháp Meyerhof sức chịu ải của nền đất dưới mỗi cọc sẽ lớn hơn cách tính Terzaghi xem như là móng nông do ảnh hưởng của độ sâu đặt móng [1] Có ri nhiều tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng nảy và điều chính các hệ số sức chịu tải của nên Ne, Nụ

Đối với sức chịu tai đơn vị điện tích của phin đắt nằm dưới day móng sâu và mồng cọc,

công thúc có xét tới hình dang và chiều sâu chôn móng thường được diễn tả dưới dang,

`“ ố (123)

Sức chịu tai eye han của đắt nn ở mũi cọc có dang

HAL GRA CEN + N'y) (1.24)

Phương pháp Meyerhof xác định các hệ số N., Nj, sức chịu tải ở mũi cọc trong đất

nền đặc bit I cấu gia tăng theo chiễu âu cọc chôn trong lớp cát chịu ti và đạt cực

Hình 1.5: Sơ đỗ chọn chiều đài cọc ngim vào đất Ly [Ls chiều sâu cọc cắm trong dit tốt

D - là cạnh cọc ở độ sâu mũi cọc

Do vậy Ly <L khi cọc xuyên qua lớp đất yéu và ngàm vio đất cứng

Lạ—L khỉ cọc trong nên đồng nhất

“Trong cảch tỉnh sức chịu tải đất nén đưới mũi cọc theo Meyerhof; các thông số chống sắt eva o tương ứng với tạng thi ứng suất hữu hiệu va gy xác định theo công thức

chi số độ cứng suy giảm

E G

Be wae) Erows] a2

Với chỉ số độ cứng 1, =

4 - biển dang thể tích trung bình trong vùng biển dang déo bên dưới mũi cọc

Như vậy, đối với những điều kiện không có sự thay đổi thể tích, ta có:

A=0 vài =1,

Vesie giải và thiết lập bảng giá trị NỈ, N; phụ thuộc vào ly và góc ma sit ọ

Với =0, tương ứng với điều kiện Không thoát nước

Flint, 4)

Git, 06 thé uc lượng từ kết quả thí nghiệm nén 3 trục hoặc nên cổ kết tương ng với những gi trì ứng suắt nén khác nhan, hoặc tham khảo cúc giá tỉ tổng kết thực

+ Sức chịu tải của cọc theo chỉ tiêu cường độ của đắt nền:

“Theo [1] thì sức chịu tải cực han của cọc theo đất nén được tính với công thức sau:

LEA 180, =C + K,Z/80, q30) “Thành phần Q, có thể xúc định bằng cách tích phân lực ma sit đất xung quanh tác

dong lên cọc được xác định theo công thức sau

= uf dầnTrong đó:

© - lực dính của đất đưới mũi cọc

of, - ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương thẳng đứng tại độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân đất

No Nụ, N, hệ số sức chịu tai, phụ thuộc ma sit trong của đất, hình dạng mũi cọc

và phương pháp thi công coe

= lực dinh bám giữa thân cọc và đất

oj, ~ ứng suất hữu hiệu trong đất theo phương vuông góc với mặt bên cọc

‘@, + sốc ma sát giữa thân cọc và đất có được từ các thí nghiệm cất trực tiếp trên

mặt tiếp xúc giữa đất và vật liệu làm cọc ở độ sâu Z

ú - chu vỉ tiết điện ngang của cọc

= Sức chịu tải cực han của cọc trong đắt dinh:

Do góc ma sit của đất bằng không nên sức chịu tải sẽ có dạng

Trong đó,

.N; - hệ số sức chịu tải lấy bằng 9 cho cọc đóng trong sét cố kết thưởng va bằng 6 cho

cọc nhỏi

ø - hệ số điều chỉnh lực bảm dính giữa đất và cọc tử lực dính của thí nghiệm không cổ kit không thoát nước, với cọc đông chon theo Bảng

Chú ý: tị số ae, có giá trị giới hạn là 100 KPa ~ Sức chịu tải cực hạn trong đất rời:

"Với lực dinh e = 0 nên sức chịu tai của cọc có dang

Q , +Q, = A,K,o,t29, +A,N,o,, (133)

“Trong đó:

K, - hệ số áp lực ngang trong đắt ở trạng thái nghỉ

«7 ứng suất hữu hiệu rong đất tại độ sâ tinh toán ma st bên tic dụng lên cọc

cơ, - ứng suất hữu biệu theo phương thẳng đứng ở độ sâu mũi cọc do trọng lượng bản thân của đất

18

1.1.3.3 Sức cậu tt coe theo két quả xuyên tiêu chuẫn SPT

“/ Sức chịu tải cực han cọc theo Meyerhof`

= Meyerhof cũng đã đỀ mghị sức chịu tải cực hạn ctia cọc theo kết quả thí nghiệm

N- là chỉ số SPT trung bình của đất trong khoảng 1D dưới mũi cọc và 4D trên mũi cọc Ntb - là chỉ số SPT trung bình dọc thân cọc trong phạm vi lớp dit rời

= Theo [2] sức chịu tải của cọc theo công thice Meyerhof (1956) dùng trong đắt

Q,=KIN.A+KsN.A, q35)

Trong đó:

N - là chỉ số SPT trung bình của đất trong khoảng 1D dưới mũi cọc và 4D trên mũi

Ntb - là chỉ số SPT trung bình đọc thân cọc trong phạm vi lớp đắt rời Ai= điện tích tiết điện ngang mùi cọc.

A, - điện tích mặt bên trong phạm vi dat rời. Ki - ấy bằng 400 cho cọc đồng

- lấy bằng 2 cho cọc đồng

y/ Sức chị tải cho phép coc trong đẫ dinh và đất rồi theo [2]

NL- gi tị trang bình của chỉ số xuyêntiê chudn trong lớp

N, - giá trị trung bình của chỉ số xuyên tiêu chuẩn trong lớp dat dính. A; - điện tích tiết diện mai cọc, m?

LL - chiều đãi phan thân cọc nằm tong lớp đất dính, m

1, - chiều dai phần thân cọc nằm trong lớp dat rời, m

Q- chu vi tiết diện cọc, m

`N, hiệu số giữa trong lượng cọc và trọng lượng của trụ đất nên do cọc thay thé

¢/ Sức chịu tai cho pháp cọc theo Bacly-Soletanche.

Tip đoàn xây dụng nén móng Bachy-Solelanche cia Phip đề nghị một cách uée lượnglực ma sắt bên đơn v giữa đt vẻ coef, và cường độ sức kháng mũi qy theo kết quả thí

-m xuyên động SPT trong công thức trên như sau.

Sức chịu tai cho phép của Bachy-Soletanche để nghị như sau.

0,=LM.A, 015/0 (138)

di Sức chịu tải cho phép cọc theo công thức Nhật Bản

Theo tiêu chun TCXDVN 205-1998

1 39

6, [aN,A, +m (020.1, +N.L)] (139)

“Trong đó

Ay điện tích tiết điện ngang mũi cọc (m) N,- chỉ số SPT của đất dưới mũi cọc

N chỉ số SPT của lớp đắt dính bên thin cọc chiều đài đoạn cọc nằm trong lớp đất rời (m) n số lớp đắt rời cọc xuyên qua

lực dính không thoát nước của lớp đắt loại sét (kPa)

đãi đoạn cọc nằm trong lớp đất loại st (m)

m - số lớp đất loại sét ma cọc xuyên quaú - chủ vi cọc (m)

hg số phụ thuộc phương pháp thi công cọc:= 30 cho cọc đồng, ép

a= 15 cho cọc nhồi, barret

1.1.34 Sice chịu tải cọc theo kết quả xuyên tinh CPT Meyerhof năm 1953

Céng thức xác định sức chịu tải của ege theo kết quả thí nghiệm xuyên tinh, sau hàng

loạt thí nghiệm kiểm chứng bởi thí nghiệm nén tinh trên cọc.

qa sức chống xuyên của mũi xuyên.

.œ,= tra bảng phụ thuộc vào loại đất vi loại cọc

1.1.3.5 Xác định số lượng cọc và bổ tri trong coe a/ Số lượng cọc:

"Xúc định sơ bộ số lượng cọc [3]

N"- lực dọc tinh toán lại chân cột (ngoại lực tác dụng lên móng)

Quix - Sức chịu tải thiết kế của cọc

he số xét đến moment và lực ngang tại chân cột, trong dai và đắt nền trên dai,

tủy theo giá trị của moment và lực ngang mã chọn giá tri P hợp lý Thường = 1,2 +

n, ~ chỉ là số lượng cọc sơ bộ, cằn được kiểm tra ở các bước tiếp theo.

ý BỖ tri pe trong đãi

~ Nguyên tắc bd tí cục trang di

“Thông thường các cọc được bố trí theo hang, dãy hoặc theo lưới tam giác.

Khoảng cách giữa các cọc (từ tim cọc đến tim cọc) : $= 3d + 6d

(4: đường kính hay cạnh cọc), Nếu bổ tí trong khoảng này thì cọc dim bảo được sức

chịu tải va các cọc lảm việc theo nhóm.

Hình 1.6: Vùng ảnh hưởng của cọc khi làm việc

2

Để it bj ảnh hưởng đến sức chịu tải của cọc (đo cọc lim việc theo nhóm), nên bổ tí

coe tối thiểu là 3d,

Khi bổ trí cọc lớn hơn 6d thì ảnh hưởng lẫn nhau giữa các cọc có thể bỏ qua, khi đ ta

xem như cọc lâm việc riêng lẻ.

Khi tải đứng lịch tâm hoặc kích thước dai lớn, có thể bổ tri sao cho phản lực đầu cọc tương đối bằng nhau.

Khoảng cách từ mép ngoài của cọc đến mép ngoài của đãi từ Nên bé trí cọc sao cho tâm cột trùng với cọc tâm nhóm cọc,

~ Xác định kích thước móng khối quy ước [3]:

Dự tính độ lúa của nhóm cọc được dựa trên mô hình móng khối quy ước Có hai cách xúc định móng khối quy ước như sau

2

+ Trường hợp 1: Coc di qua nẵn nhid lớp

Ranh giới mồng quy ước

Phía dưới là mặt phẳng AC đi qua mũi cọc được xem là đáy móng;

Phia trên là mặt đất san nén BD, với AB = là độ sâu mặt mồng (từ mặt đấttrình mũi cọc);

Phía cạnh là các mặt phẳng đứng AB và CD qua mép ngoài cùng của hàng cọc biên tạikhoảng cách Lạ, tan (Ø/4) nhưng không lớn hơn 2d (d — đường kính hoặc cạnh cọcvuông) khi đưới mũi cọc có lớp sét bụi với chỉ số sệt h > 0,6 Khi có cọc xiên thi cácmặt phẳng đứng nói trên di qua mũi cọc xiên này:

(q42)cóc ma sát trong của lớp đất có chiều dai l,

Lạy - độ sâu hạ cọc trong đất kể từ day dai, Ly,

“Chú thích: - Néu trong chiều dai của cọc có lớp đất yêu (bùn, than bin ) day hơn 30 em thi kích thước diy móng quy ước giảm đi bằng cách lấy Ly, là khoảng cách từ mũi

cọc đến đáy lớp đất yếu;

“Trọng lượng bản thân của móng quy ước gồm trọng lượng cọc, đài và đắt mim trong

phạm vi mông quy ước.

+ Trường hợp 2: Cục di qua nén đồng nhấtRanh giới móng quy ước khi đất n 1g ml

ch xác định móng quy ức tương tự trường hop 1, chỉ khác li lấy góc me bằng 30"

cho mọi loại đất kể từ độ sâu 2Ly/3 (HL1.8)

Ranh giới của móng quy ước khi cọc xuyên qua một số đất yếu tựa vào lớp đất cứng có xác định móng, quy uớc như mô tả rong trường hợp 1, riêng góc mở lẫy bằng 30° kế từ độ sâu 2L/-3, vớ Ly - phần cọc nằm dưới lop đ cũng (H.1.9).

Ranh gi củs móng quy ước khi đất nền nằm trong phạm vỉ chiễu dài cọc gồm nhiều

lớp cổ sức chịu tải khác nhau

Chiễu rộng và chiễu dài bản móng quy ước là đầy hình khối có cạnh mớ rộng so với mặt đứng của hing cọc biên bằng 1/4 cho đến độ siu 2L/3, từ đỗ trở xuống đến mặt

phẳng mũi cọc góc mở bằng 30°.

Độ sâu đặt móng quy ước là tai mặt phẳng mũi cọc.

Ứng suất phụ thêm phân bổ trong nền đất, dưới mũi cọc có thé tính toán theo lời giải

Boussinesq với giả thuyết bản móng quy ước dựa trên lý thuyết bán không gian din

Độ lún của móng quy ước được tinh theo phương pháp quen thuộc như đối với móng

ông rên n thiên nhiên.

sai | |

Hình 1.9: Xác định móng khối quy wae theo trường hợp nén đồng nhất + Trường hợp 3: Coc đi qua lip đất yeu và lip đất tắt

Hình 1.10: Xác định móng khối quy uc theo trường hợp nền đồng nhất (Có lớp đắt

~ Kiểm tra én định đắt nền dưới đáy móng khỗi quy ước:

26

Điều kiện ôn định nén đưới móng khối quy ước là

pe = 28" cre (143)

(145) PS, = áp lực trung bình tiêu chuén dưới đầy móng khối quy use

PSs =áp lực lớn nhất đưới móng khối quy ước Pay ~p lực nhỏ nhất dưới đáy mỏng khối quy ước

IIN*- tổng lực dọc tai tâm đáy móng khối quy ước (bao gồm lực dọc tại chân cột,

trong lượng bản thin của đãi coe, cọc, đất trên dai và phần đắt nằm trong móng khối

uy ước)

EM" tổng moment ở đáy móng khối quy ức lấy bằng EM tại tâm day đãi l 1B,

Woy - moment chống uốn của tết diện mỏng khi quy tức (W¿,= “® ˆ” khi moment

quay theo hướng B,.)

Lạ, Bạu - chiều dai và chiều rộng của móng khối quy ước,

RL - sức chịu tải của đất nén dưới đấy móng khối quy ước (tinh toán theo trạng thi

giới han II, giống như móng đơn).

~ Kid tra độ lần của móng khi quy túc:

S<l]a (146) [slau - đô lún giới hạn được xác định theo bảng.

S$ = độ lún trung bình của đất nền dưới đấy mồng khối quy tức

Các bước tính độ lún của móng khối quy ước theo phương pháp tổng phân tổ.

mm

"Bước 1: Xác định áp lực gây lún

Pas Pe -Syi h, aan

‘Lyih, - ứng suất hữu hiệu theo phương đứng do trọng lượng bản thân tự nhiên của đất nén gây ma tại đấy móng khối quy ước

Pg áp luậtiêu chuẩn trung bình của đắt nin dưới day móng khối quy ước.

"Bước 2: Chia lớp phân tổ

“Chiều dai của lớp phân tổ được xác đình theo điều kiện sau:

4 <(04-06) By,

‘Tuy nhiên, hiện nay vi các chương trình tính toán bằng máy tính nên chiều diy lớpphân tổ nên chia cảng nhỏ để đạt được độ chính xác cảng cao.

“Bước 3: Xác định độ lún của lớp phân tổ thi, chiều đãi h,

B3.1.Xác định ơ ứng suất trung bình ở chính giữa lớp đất thứ ¡ trước khi có công trình (do trọng lượng ban thân nén gây ra (hữu hiệu)

a= oy = Tyr, (1.48) B3.2.Xée định oy: ứng suất trung bình ở chính giữa lớp dat thứ nhất sau khi có công trình (do trọng lượng bản thin dit nén gây ra và ứng suit do Pa gây ra tại chính giữm

lớp đất thứ i).

S= Gụ 0u (149) c¿ + ứng suất do Py gây ra tai chính giữa lớp đất thứ i, được tính theo ứng suất

do tải trọng ngoài phân

oa =koP (150)

ky - phụ thuộc vào ( £

se, — hệ số rồng của đất ở giữa lớp đất thứ i trước khi có công trình, ứng với øụ,„ được.

nội lian (e, ø) của lớp đắt có phân tổ thứ ¡.uy từ đường cong né

su — hệ số rỗng của lớp đất ở giữa lớp đắt thứ i su khi có công trình, ứng với nội suy từ đường cong nén lún (e, ơ) của lớp đất có phân tổ thứ ¡

Đường cong nén lún (6, 0)

Ø (Mì

Bước 4: Điều kiện tính lần trong phạm vi nén ”

Oy > Soy q52)

'Khi đạt điều kiện trên thì đắt nền được xem là lún không đáng kể.

Cling lưu ý rằng, tuy điều kiện trên áp dụng cho móng nông nhưng đổi với móng khối quy te, mức độ giảm sng sắt do ti trong ngoài gay ra giảm rt châm the độ sâu, vi

b/ Độ lún của móng I cọc (độ lún của cọc đơn)

“Trường hợp móng có một cọc thì độ lún được tinh theo độ lún của cọc đơn bao gồm 3 thành phần như sau:

S= AL +545 (154)

‘4, - biển dạng dain hi của bản thin cọc

S, - độ lún của cọc do tải trọng truyền lên đắt dưới mỗi cọc (q; ye)

S,- độ lún của cọc do tải trong truyền lên đất doc thân cọc (fay)

Biến dang đàn hồi của ban thân cọc (tính toán như thanh chịu nén) được xác định như.

A, điện tích tiết điện cọc

E, - moodun đàn hồi của bản thân cọc.

L- chiều dai cọc.

.Q, - lực nền trung bình tác dung lên cọc

Qe = Quay + EN — Qp te) = Quy + EQranve

30

Trong công thức trên:

- ải trọng từ công trình truyén xuống cọ

rane -tổng sức kháng mũi ở tai trọng làm việc

Qua =ig sức kháng bên ở tai trọng làm việc

& - hệ số phụ thuộc vào phân số ma sắt bên (sức kháng bên fy.)

sods Phânbố Blu dé S046 Anbố - Biểuđểtruyền lực - masét lựcdọc tuyỂn lực - ma sát Jc đọc.

ong cọc trong coe

a »

Hình 1.12: Tính toán biến dạng nén đàn hồi của cọc. 4) Sức kháng bên đều; b) Site kháng bên tam giác

Nếu f,„„, phân bố đều (H.L.12a) thì „5: nếu faye phân bổ tam giác (H.1.12b) cảng xuống sâu thi sức kháng bên cảng lớn) thì š = 0,67; trong thực tế phân bổ ma sắt bên

có dạng trung gian, do đó š = 0,5 + 0,67.

- Độ hin của cọc do ti trong truyền lên đắt dưới mũi cọc được xác định theo biểu thức

tương tự như cách xác định độ lún của móng nông đặt trên nền đàn hồi như sau (Vesic,

31

'Q;s„ - sức kháng mũi đơn vị ở tải trong làm việc

Q)- sức kháng mũi đơn vị cực hạn

D, - đường kinh cọc hay cạnh coeAy điện tích tiết điện ngang mũi cọc,

CC hệ số theo thí nghiệm của Vesie, lấy theo bảng 2.16,

Bảng 1.10: Bảng xác định giá trị C,Loại đất CG,

‘Cit (chặt đến rồi rạc) 0,02 = 0,08

Sết (cũng đến mềm), 002+003Bui (chặt đến rồi rae) 0,03 = 0.05

= Độ lin của cọc do tai trong truyỄn lên đắt dọc thân cọc được xác định như sau (Vesic, 1977):

Trong dé: (1.58)

"Để xác định được gp sạ.fing dùng cách tính lặp như sau: ~ Giả sử Ê¡ aục= fy (với a, = 0.5 + 0.8)

= Tính độ lún $ theo công thức trên.

+ Tại giữa cọc, chuyển vỉ tương đối giữa cọc và đắt sắp xi li: S

-~ Với đất cát, f,, dat cực han ở chuyển vị tới han là Z.-~ 2,5 mm; đổi với đất sét thi z, 0,01 dự Như vậy ta có tế lầy